为何物质效应对于 JUNO 至关重要

在本文中，我们关注地球物质效应对诸如 JUNO 这类中基线反应堆实验测定太阳参数的影响。我们推导了混合角 $\theta_{12}$ 和 $\theta_{13}$ 以及 $\Delta m^2_{21}$ 和 $\Delta m^2_{31}$ 关于 JUNO 相关物质势的扰动展开式。这些展开式在物质势上至二阶，虽简单，却能以远优于 JUNO 实验所需精度的程度计算电子反中微子存活概率。我们利用这些扰动展开式半解析地解释并确认了物质效应对太阳中微子混合参数 $\theta_{12}$ 和 $\Delta m^2_{21}$ 造成的偏移，该偏移此前由纯数值 $\chi^2$ 分析获得。由于这些偏移不满足朴素预期，且鉴于 JUNO 实验可实现的精度而言是显著的，使用完全不同方法的完全独立交叉检验尤为重要。我们发现这些物质效应偏移不依赖于探测器特性的任何细节（除反应堆与探测器间的基线和地球质量密度外），但依赖于反应堆中微子能谱与逆β衰变截面的归一化乘积。本手稿的结果提示了一种在 JUNO 中测量 $\sin^2 \theta_{12}$ 和 $\Delta m^2_{21}$ 的替代分析方法，这将作为标准分析的有用交叉检验并有助于理解 Wolfenstein 物质效应。解释这些偏移并结合定量理解（使用半解析方法）是本文的主要目的。